Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu-chiết xuất dầu từ bã hạt cà phê và ứng dụng trong sản xuất xà bông

Do nhu cầu lớn của sản phẩm này,một lượng lớn dư lượng Ďược tạo ra trong ngành công nghiệp sản xuất cà phê, Ďộc hại và gây ra các vấn Ďề môi trường nghiêm trọng.Gần Ďây, một số nỗ lựcĎã

LÊ THỊ BÍCH PHƢỢNG

NGHIÊN CỨU-CHIẾT XUẤT DẦU TỪ BÃ HẠT CÀ PHÊ

VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢNXUẤT XÀ BÔNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số chuyên ngành: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2018

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Kim Phụng Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Thị Phương Phong Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lê Văn Minh

Luận văn thạc sĩ Ďược bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01 năm 2018

Thành phần Hội Ďồng Ďánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.CT: PGS TS Phạm Thành Quân

2 PB1: PGS TS Nguyễn Thị Phương Phong3 PB2: TS Lê Văn Minh

4.UV: TS Hà Cẩm Anh5 UV, TK: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

Xác nhận của Chủ tịch Hội Ďồng Ďánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn Ďã Ďược sửa chữa (nếu có)

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ THỊ BÍCH PHƯỢNG MSHV: 7140795 Ngày, tháng, năm sinh: 17/09/1985 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số : 60520301

I.TÊN ĐỀ TÀI:Nghiên cứu-chiết xuất dầu từ bã hạt cà phê và ứng dụng trong sản xuất xà

bông

Tổng quan về dầu cà phê Thực nghiệm trích ly dầu từ bã hạt cà phê bằng 4 phương pháp: ngâm, siêu âm, vi sóng, Sohxlet

Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa trong dầu bã hạt cà phê Ứng dụng của dầutrích từ bã hạt cà phê trong sản xuất xà bông

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/07/2017

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự cảm phục và kính trọng tới PGS TS Lê Thị Kim Phụng, người Thầy Ďã tận tâm hướng dẫn khoa học, Ďịnh hướng nghiên cứu Ďể luận văn Ďược hoàn thành, Ďã Ďộng viên khích lệ và tạo mọi Ďiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô trong bộ môn, quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Hóa học Ďã truyền Ďạt cho tác giả những kiến thức và tạo Ďiều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và nghiên cứu trong suốt những năm học qua, Ďồng thời Ďã hướng dẫn, giúp Ďỡ tác giả hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các cán bộ, anh chị của phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ, Trung tâm Lọc Dầu-Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Ďã giúp Ďỡ và hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình thực hiện

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất Ďến gia Ďình, người thân và bạn bè Ďã luôn quan tâm, khích lệ, Ďộng viên và tạo mọi Ďiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Không thể tránh khỏi sai sót và do thời gian nghiên cứu có hạn nên rất mong sự Ďóng góp ý kiến của quý thầy cô Ďể nội dung nghiên cứu thêm hoàn chỉnh

Cuối cùng, kính gởi lời cảm ơn quý thầy cô trong Hội Ďồng bảo vệ Ďã xem xét và góp ý tận tình cho Ďề tài của tác giả

Tác giả

Lê Thị Bích Phƣợng

TÓM TẮT

Cà phê là một trong những loại Ďồ uống tiêu thụ nhiều nhấttrên thế giới Do nhu cầu lớn của sản phẩm này,một lượng lớn dư lượng Ďược tạo ra trong ngành công nghiệp sản xuất cà phê, Ďộc hại và gây ra các vấn Ďề môi trường nghiêm trọng.Gần Ďây, một số nỗ lựcĎã Ďược thực hiện Ďể sử dụng các dư lượng cho năng lượng hoặcsản xuất hợp chất giá trị,cũng như các chiến lược Ďểgiảm mức Ďộc hại của chúng, Ďồng thời tăng thêm giá trị cho chúng.Trong hạt cà phê có thành phần là các hợp chất phenolic, những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, chiết xuất từ cà phê có nhiều ứng dụng Ďối với sức khỏe con người Do Ďó việc chiết dầu từ bã cà phê (SCG) có ý nghĩa thiết thực trong việc giải quyết vấn Ďề ô nhiễm môi trường và có ý nghĩa quan trọng Ďối với ngành dược liệu, mỹ phẩm Có nhiều phương pháp Ďể thu hồi dầu từ bã cà phê, ở Ďây tiến hành trích ly ở bốn phương pháp: ngâm, siêu âm, Sohxlet, vi sóng với 3 tỉ lệ 1:10, 1:15, 1:20 Trong Ďó trích ly bằng phương pháp vi sóng cho hiệu suất cao nhất (17,96%), hiệu suất thấp nhất là trích ly bằng phương pháp ngâm truyền thống (9,42%) Nghiên cứu này nhằm xác Ďịnh các hoạt tính sinh học có ích của dầu chiết từ bã hạt cà phê, cụ thể là phân tích các chỉ tiêu Ďối với dầu cà phê về thành phần axit béo, hàm lượng lipid hydroperoxyde, mẫu phenolic (hoạt tính kháng oxi hóa, hàm lượng phenolic tổng, hàm lượng flavonoid tổng) và Ďược ứng dụng trong sản xuất xà bông nhằm Ďáp ứng nhu cầu về các mỹ phẩm có nguồn gốc thiên nhiên tốt cho sức khỏe con người

ABSTRACT

Coffee is one of the most consumed beverages Due to the great demand of this product,large amounts of residues are generated in the coffeeindustry, which are toxic and represent serious environmental problems Recently, some attemptshave been made to use these residues for energy orvalue-added compounds production, as strategies toreduce theirtoxicity levels, while adding value to them In coffee beans are components of phenolic compounds, compounds with high biological activity, coffee extract has many applications for human health Therefore, extracting oil from spent coffee ground (SCG) has practical significance in solving the problem of environmental pollution and is important for the pharmaceutical and cosmetic industries There are many methods to recover oil from coffee grounds, here are extracted in four methods: immersion, ultrasound, Sohxlet, microwave with three ratio 1:10, 1:15, 1:20 In which the extraction by microwave method gave the highest efficiency (17.96%), the lowest efficiency was extracted by traditional soaking method (9.42%) This study aimed to determine the beneficial bioavailability of coffee oil extracts, namely the analysis of coffee fatty acid compositions, hydroperoxyde lipid content, phenolic antioxidant, total phenolic content, total flavonoid content) and is used in the manufacture of soaps to meet the needs of naturally-occurring cosmetic products for human health

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam Ďoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tácgiả và Ďược thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô PGS.TS Lê Thị Kim Phụng, Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh

Các số liệu, những kết quả nghiên cứu và kết luận trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, chưa từng Ďược công bố trong bất cứ một công trình nào khác trước Ďây

Tác giả xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tác giả

Lê Thị Bích Phƣợng

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Thành phần hóa học của cà phê 3

2.1.1 Thành phần hoá học của hạt cà phê xanh 3

2.1.2 Cà phê rang 5

2.1.3 Cà phê hòa tan 7

2.2 Bã hạt cà phê 8

2.2.1 Coffee Silverskin (CS) 8

2.2.2 Spent Coffee Grounds (SCG) 9

2.2.3 Thành phần hóa học của bã hạt cà phê 9

2.3 Các hợp chất chính trong dịch trích từ cà phê 12

2.3.1 Các axit béo có trong dầu cà phê 12

2.3.2 Hợp chất Phenolic 14

2.4 Các nghiên cứu về dịch trích từ cà phê 17

2.5 Ứng dụng của dầu cà phê 19

3.2.3 Thiết bị trích ly có hỗ trợ siêu âm 36

3.2.4 Thiết bị cô quay chân không 36

3.2.5 Thiết bị phân tích UV-Vis 37

3.4 Phân tích nguyên liệu 46

3.4.1 Khảo sát sự phân bố kích thước hạt 46

3.4.2 Đo Ďộ ẩm 47

3.5 Phân tích sản phẩm 47

3.5.1 Các chỉ tiêu phân tích Ďối với mẫu dầu 47

3.5.2 Các chỉ tiêu phân tích Ďối với mẫu phenolic 48

3.6 Phương pháp làm xà bông 55

3.6.1 Sản phẩm làm từ xà bông nền 55

3.6.2 Sản phẩm xà bông làm từ nền dầu 58

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 62

4.1 Kết quả khảo sát nguyên liệu 62

4.1.1 Kết quả xác Ďịnh phân bố kích thước hạt 62

4.1.2 Kết quả Ďo Ďộ ẩm 63

4.2 Kết quả phân tích dịch trích mẫu dầu béo 64

4.2.1 Kết quả phân tích thành phần dầu béo 64

4.2.2 Kết quả hiệu suất thu hồi dầu, phenolic 65

4.2.3 Kết quả phân tích hàm lượng lipid hydroperoxyde 68

4.3 Kết quả phân tích Ďối với mẫu phenolic 70

4.3.1 Kết quả phân tích hàm lượng phenolic tổng 70

4.3.2 Kết quả phân tích hàm lượng flavonoid tổng 73

4.3.3 Hoạt tính kháng oxy hóa (DPPH) 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hình ảnh bên ngoài và mức phóng Ďại 50 lần của CS (A,B) và SCG(C,D)

8

Hình 2.1: Phổ Ďiện từ 25

Hình 3.1: Xà bông nền Soap Noodle 8020 34

Hình3.2: Sơ Ďồ nghiên cứu 38

Hình 3.3: Sơ Ďồ trích ly bằng phương pháp ngâm 39

Hình 3.4: Sơ Ďồ trích ly bằng phương pháp siêu âm 41

Hình 3.5: Sơ Ďồ trích ly bằng phương pháp Sohxlet 43

Hình 3.6: Sơ Ďồ trích ly bằng phương pháp vi sóng 45

Hình 3.7: Quy trình xác Ďịnh hàm lượng lipid hydroperoxyde 48

Hình 3.8: Quy trình xác Ďịnh hoạt tính kháng oxi hóa (DPPH) 50

Hình 3.9: Quy trình xác Ďịnh hàm lượng phenolic tổng 52

Hình 3.10: Quy trình xác Ďịnh hàm lượng flanovoid tổng 54

Hình 3.11: Sơ Ďồ sản phẩm xà bông làm từ xà bông nền 57

Hình 3.12: Sơ Ďồ sản phẩm xà bông làm từ nền dầu 60

Hình 4.1: Đồ thị phân bố kích thước của bã hạt cà phê 63

Hình 4.2: Hiệu suất thu hồi dầu của các phương pháp 66

Hình 4.3: Hiệu suất thu hồi phenolic của các phương pháp 67

Hình 4.4: Lipid hydroperoxyde của dầu bã hạt cà phê trích ly với dung môi hexane 69

n-Hình 4.5: Đường chuẩn nồng Ďộ axit gallic 70

Hình 4.6: Hàm lượng phenolic tổng trong dịch trích với dung môi methanol 72

Hình 4.7: Đường chuẩn Ďộ hấp thu theo hàm lượng quercetin 73

Hình 4.8: Hàm lượng flavonoid tổng trong dịch trích với dung môi Methanol 75

Hình 4.9: Hàm lượng hoạt tính kháng oxy hóa trong dịch trích với dung môi methanol của các phương pháp 77Hình 4.10: Sản phẩm xà bông làm từ xà bông nền kết hợp dầu chiết từ bã hạt cà phê (a), sản phẩm xà bông làm từ xà bông nền kết hợp dầu chiết từ bã hạt cà phê và bã

hạt cà phê (b), sản phẩm xà bông làm từ nền dầu cà phê và dầu dừa: 70% dầu cà phê, 30% dầu dừa (c), sản phẩm xà bông làm từ nền dầu cà phê và dầu dừa: 70% dầu cà phê, 30% dầu dừa kết hợp với bã hạt cà phê (d), sản phẩm xà bông làm từ nền dầu cà phê: 100% dầu cà phê (e), sản phẩm xà bông làm từ nền dầu cà phê: 100% dầu cà phê kết hợp với bã hạt cà phê (f) 78Hình 4.11: Hình ảnh cắt Ďôi của sản phẩm xà bông làm từ xà bông nền kết hợp dầu chiết từ bã hạt cà phê và bã hạt cà phê (mẫu 2) 79Hình 4.12: Kiểm tra pH của dung dịch mẫu chuẩn và mẫu thử sản phẩm xà bông làm từ 70% dầu cà phê và 30% dầu dừa (mẫu 3) 80Hình 4.13: So sánh Ďộ tạo bọt của mẫu chuẩn và mẫu thử sản phẩm xà bông làm từ 70% dầu cà phê và 30% dầu dừa (mẫu 3) 81Hình 4.14: So sánh Ďộ bền bọt mẫu chuẩn và mẫu thử sản phẩm xà bông làm từ 70% dầu cà phê và 30% dầu dừa (mẫu 3) 81

Bảng 2.3: Sản lượng dầu trích theo những dung môi khác nhau theo thời gian 12

Bảng 2.4: Thành phần axit béo của SCG 13

Bảng 2.5: Thành phần axit béo của dầu cà phê trích bằng CO2 siêu tới hạn 14

Bảng 2.6: Hàm lượng caffeine trong SCG và cà phê rang 15

Bảng 2.7: Hàm lượng tổng phenolic, tổng flavonoid, DPPH thu Ďược 18

Bảng 2.8: Cấu tạo trung bình của những chất béo chính Ďược sử dụng trong 28

Bảng 2.9: Phân tích khả năng các loại axit béo trong xà phòng 31

Bảng 3.1: Danh sách tên, mục Ďích sử dụng, Ďộ tinh khiết của hóa chất 35

Bảng 3.2: Nồng Ďộ phản ứng trong quy trình Ďo DPPH 51

Bảng 3.3: Nồng Ďộ dung dịch axit gallic 52

Bảng 3.4: Nồng Ďộ dung dịch quercetin 53

Bảng 3.5: Công thức xà bông nền kết hợp dầu chiết từ bã hạt cà phê 55

Bảng 3.6 Công thức xà bông nền kết hợp dầu chiết từ bã hạt cà phê và bã hạt cà phê 56

Bảng 3.7: Bảng tham chiếu lượng bazơ phản ứng hoàn toàn với các loại dầu 59

Bảng 4.1: Kết quả phân bố kích thước của bã hạt cà phê 62

Bảng 4.2: Số liệu Ďo Ďộ ẩm 63

Bảng 4.3: Kết quả phân tích GC-MS thành phần axit béo của mẫu dầu thu Ďược bằng phương pháp vi sóng 64

Bảng 4.4: Kết quả hiệu suất thu hồi dầu và phenolic 65

Bảng 4.5: Hàm lượng lipid hydroperoxyde với dung môi n-hexane 68

Bảng 4.6: Hàm lượng Phenolic tổng trong dịch trích với dung môi methanol 71

Bảng 4.7: Hàm lượng flavonoic tổng trong dịch trích với dung môi methanol 74

Bảng 4.8: Hàm lượng hoạt tính kháng oxy hóa trong dịch trích với dung môi methanol của các phương pháp 76Bảng 4.9: So sánh các chỉ tiêu ngoại quan của 6 mẫu xà bông 79

SFE Supercritical fluid extraction

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Cà phê Ďược trồng ở khoảng 80 quốc gia, là một trong những loại nước giải khát phổ biến nhất trên thế giới và là hàng hóa lớn thứ hai sau dầu mỏ [1] Tuy nhiên, có mười quốc gia sản xuất cà phê lớn nhất chiếm khoảng 80% sản lượng thế giới Trong Ďó Nam Mỹ khoảng 43%, châu Á với 24%, Trung Mỹ 18% và Châu Phi với 16% Brazil, Việt Nam, Colombia và Indonesia là những nước có diện tích cà phê lớn nhất trên thế giới là các nhà sản xuất, cung cấp hơn một nữa lượng cà phê thế giới Theo Tổ chức Cà Phê Quốc tế (ICO), việc tiêu thụ cà phê trên thế giới trong năm 2007 Ďược khoảng 124.636 triệu bao 60 kg, tăng 2,88% so với 121,150 triệu bao 60kg thụ vào năm 2006 [2].Việt Nam là một nước tương Ďối mới Ďối với cà phê, nhưng Ďã Ďược công nhận là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai thới giới và trong những năm gần Ďây Ďã trở thành nước xuất khẩu lớn nhất thế giới về cà phê Robusta.Từ năm 1998 Ďến năm 2000, sản lượng cà phê của Việt Nam Ďã tăng từ 409.300 tấn lên 672.600 tấn (FAOSTAT, 2000) Cho Ďến nay, diện tích cà phê trên cả nước khoảng 600.000 ha và sản lượng có khi lên Ďến 900.000 tấn [2]

Một dư lượng lớn bã hạt cà phê thu Ďược trong quá trình chế biến Số lượng lớn dư lượng này Ďược tạo ra hàng năm trong sản xuất cà phê hoà tan Ďòi hỏi phảicó kế hoạch quản lý chất thải phù hợp Chẳng hạn như Nestlé, công ty thực phẩm lớn nhất thế giới cam kết giảm lượng rác thải ở châu Âu vào năm 2020 bằng cách sử dụng bã hạt cà phê Ďã qua sử dụng làm nguồn tái tạo năng lượng tại hơn 20 nhà máy Nescafé Bã hạt cà phê chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ (các acid béo, lignin, cellolose, hemicellulose và các polysaccharide khác )cùng tính chất kháng oxy hóa của chúng Ďã Ďược nghiên cứu khai thác như là một nguồn sản phẩm giá trị tiềm năng, làm tăng giá trị cho sản phẩm chất thải không tốn kém nàyvà khai thác hết tiềm năng của nó làm tăng tính bền vững của ngành công nghiệp cà phê [1]

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Bã hạt cà phê Ďược thu gom tại tiệm cà phê Trung Nguyên

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu này Ďược thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệmtại phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ, Trung tâm Lọc Dầu-Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp Hồ Chí Minh

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Để Ďạt Ďược mục tiêu và nội dung nghiên cứu trên, các phương pháp nghiên cứu Ďược sử dụng trong Ďề tài này là:

Phương pháp thu thập tìm kiếm tài liệu: Dựa trên các công trình nghiên cứu liên quan Ďược công bố ngoài nước

Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm sử dụng kỹ thuật Ďộ hòa tan, Ďo UV- Vis khảo sát bước sóng

Phương pháp phân tích số liệu: Sử dụng các phương pháp thông kê Ďánh giá số liệu phân tích

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Thành phần hóa học của cà phê

2.1.1 Thành phần hoá học của hạt cà phê xanh

Caffein là thành phần Ďược biết Ďến nhiều nhất của hạt cà phê Ở cà phê Arabica thô, caffein có thể Ďược tìm thấy với các giá trị khác nhau giữa 0,8% và 1,4% khối lượng khô, trong khi Ďối với Robustacác giá trị này thay Ďổi từ 1,7% Ďến 4,0% khối lượng khô [3]

Tuy nhiên, hạt cà phê còn Ďược cấu thành bởi một số thành phần khác, bao gồm cellulose, khoáng chất, Ďường, lipid, tannin, và polyphenol Khoáng sản bao gồm kali, magiê, canxi, natri, sắt, mangan, kẽm, Ďồng, crôm, vanadium, bari, niken, coban, chì, molybden, titan và cadmium, Các loại Ďường gồm có sucrose, glucose, fructose, arabinose, galactose, và mannose.Một số các axit amin như alanin, arginine, asparagine, cysteine, axit glutamic, glycine, histidine, izoleucin, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tyrosine, và valine cũng có thể Ďược tìm thấy trong cà phê xanh Ngoài ra hạt cà phê có chứa vitamin phức hợp B, niacin (vitamin B3 và PP)và chlorogenic axit trong tỷ lệ có thể thay Ďổi từ 7% Ďến 12%, gấp ba Ďến năm lần so với caffein [3]

Bảng 1.1: Thành phần hoá học của hạt cà phê Arabica và Robusta [4]

Component Arabica Robusta Constituents

Soluble carbohydrates

9–12,5 6–11,5 Monosaccharides 0,2–0,5 Fructose, glucose, galactose,

arabinose (traces) Oligosaccharides 6–9 3–7 Sucrose (>90%), raffinose (0–

0,9%), stachyose (0–0,13%) Polysaccharides 3–4 3–4 Polymers of galactose (55–

65%), mannose (10–20%), arabinose (20–35%), glucose (0–

2%) Insoluble

polysaccharides

46–53 34–44

Hemicelluloses 5–10 3–4 3–4 Polymers of galactose (65–

75%), arabinose (25–30%), mannose (0–10%) Cellulose, β(1–

4)mannan

41–43 32–40 Acids and phenols

Volatile acids 0,1 Nonvolatile

Free amino acids 0,2–0,8 Main amino acids: Glu, Asp,

Asp-NH2 Proteins 8,5–12

Caffeine 0,8–1,4 1,7–4,0 Traces of theobromine and

theophylline Trigonelline 0,6–1,2 0,3–0,9

Minerals 3–5,4 Trong số các chất có trong thành phần hóa học của cà phê, chỉ có chất caffein có khả năng chịu nhiệt, nghĩa là không bị phá hủy bởi quá trình rang Các chất như asprotein, Ďường, axit chlorogenic, trigonelline và chất béo có thể Ďược bảo quản hoặc thậm chí bị phá hủy và biến thành sản phẩm phản ứng trong quá trình rang cà phê [5]

Các hợp chất phenolic chủ yếu Ďược tìm thấy trong hạt cà phê xanh như CGA (lên tới 12% chất rắn), là este của axit trans-cinnamic và axit quinic Theo kết quả nghiên cứu CGA Ďã Ďược tìmthấy trong hạt cà phê xanh bao gồmcaffeoylquinic, feruloylquinic, p-coumaroylquinic, dimethoxycinnamoylquinic, dicaffeoylquinic, diferuloylquinic, di-p-coumaroylquinic, feruloylcaffeoyl quinic, Sự liên hợp axit hydroxycinnamic với các axit amin (cinnamoyl amides) hoặc glycosides (cinnamoyl glycosides) cũng Ďã Ďược báo cáo trong cà phê xanh [3, 6] Bên cạnh tiềm năng của nó như các chất chống oxy hoá CGA có tác dụng tốt cho sức khỏe chẳng hạn như

bảo vệ gan, hạ Ďường huyếtvà các hoạt Ďộng kháng vi-rút[7] Các hợp chất phenol khác, chẳng hạn như tannin, lignan và anthocyanins Ďược tìm thấy với lượng thấp hơn trong hạt cà phê [8]

Thành phần lipid của hạt cà phê xanh chủ yếu gồm triacylglycerols, sterol, tocopherols và diterpene, loại thứ hai chiếm Ďến 20% tổng số lipid [9]

Quá trình rang cà phê sẽ gây ra các thay Ďổi Ďối với các thành phần của hạt cà phêbởi vì một số hợp chất sẽ bị suy thoái hoặc biến Ďổi dẫn Ďến sự hình thành của các Ďặc trưng về hương thơm, hương vị và màu sắc Để tránh mất mát một số hợp chất có lợi cho sức khỏe trong quá trình này, người ta tìm cách chiết xuất cà phê xanh bằng cách khi trích ly cà phê xanh với nước nóng, rượu hoặc hỗn hợp của chúng [10]

2.1.2 Cà phê rang

Tính chất Ďặc trưng của thức uống cà phê, như hương vị và mùi thơm, Ďược phát triển trong quá trình rang, khi các hạt cà phê trải qua một loạt các phản ứng gây ra những thay Ďổi Ďối với thành phần hóa học [11] Polysaccharides bị phân hủy trong suốt quá trình rang Ďến hàm lượng carbohydrate thấp [12] Dưới ảnh hưởng của quá trình rang, Ďặc Ďiểm màu sắc bên ngoài của hạt cà phê thay Ďổi (từ sáng Ďến nâu Ďậm do sự phân huỷ của các hợp chất hữu cơ) [3].Trong quá trình rang những silverskin còn lại Ďược lấy ra hạt cà phê Các hợp chất Ďược tạo ra trong quá trình rang cũng chịu trách nhiệm cho các hoạt Ďộng sinh học tích cực của cây cà phê [13] Tuy nhiên, các hợp chất gây ung thư, như polycyclic aromatic hydrocarbon, cũng có thể Ďược hình thành bởi quá trình Ďốt cháy không hoàn toàn chất hữu cơ trong quá trình rang Nhưng chúng Ďã Ďược phát hiện trong cà phê chỉ với những lượng không Ďáng kể [14]

Sự hình thành acrylamide trong quá trình rang cà phê Ďã Ďược xác nhận, Ďặc biệt là trong những giai Ďoạn Ďầu của quá trình rang Người ta cũng thấy rằng khi rang cà phê Robusta chứa nhiều acrylamide hơn cà phê Arabica và nồng Ďộ acrylamide giảm dần theo thời gian rang [15] Cà phê rang bao gồm carbohydrate (38-42%), melanoidins (23%), lipid (11-17%), protein (10%), khoáng chất (4.5-4,7%), CGA (2,7-3,1%), axit aliphatic (2,4-2,5%), caffein (1,3-2,4%), Từ 850 hợp

chất dễ bay hơi Ďược xác Ďịnh cho Ďến bây giờ cà phê rang chỉ có khoảng 40 hợp chất Ďóng góp vào mùi hương [3] CGA cũng Ďóng góp vào các tính chất chống oxy hóa của cà phê rang [16] Nhiệt Ďộ cao trong quá trình rang cà phê làm giảm lượng CGA, phù hợp với cường Ďộ của Ďiều kiện rang Sự biến Ďổi xảy ra với CGA không hoàn toàn rõ ràng Tuy nhiên việc xuất hiện axit lacton chlorogenic cũng như kết quả của quá trình này và ảnh hưởng của chúng Ďối với sự cay Ďắng của cà phê Ďã Ďược ghi nhận [17]

Cũng có bằng chứng cho rằng CGA, caffeic và axit quinic, Ďược kết hợp vào melanoidins với các hợp chất khác [18] Melanoidins là hợp chất có tỷ trọng phân tử cao cấu trúc không rõ do sự phức tạp của các phân tử với hoạt Ďộng chống oxy hoá Chúng là kết quả của sự kết hợp của Ďường và các axit amin thông qua phản ứng Maillard hoặc làm caramel hóa carbohydrate Giảm dần các hoạt Ďộng chống oxy hóa Ďã Ďược quan sát với mức Ďộ rang cà phê, cho thấy cà phê rang trung bình là hoạt Ďộng cao nhất, do sự cân bằng giữa sự giảm các hợp chất phenolic và việc tạo ra các sản phẩm phản ứng Maillard trong quá trình này nhận thấy rằng chiết xuất cà phê Robusta có hiệu quả chống oxy hóa cao hơn những chất từ hạt cà phê Arabica Phương pháp hiệu quả nhất cho chiết xuất chất chống oxy hoá là Ďun sôi hạt cà phê trong nước dưới áp lực cao[19, 20] Serotonin, hoạt Ďộng như một chất dẫn truyền thần kinh trong thần kinh trung ương hệ thống, và tiền thân của nó L-tryptophan và 5-hydroxytryptophan, Ďã Ďược phát hiện trong cà phê xanh và rang Rang cũng có ảnh hưởng Ďến lượng chất xơ hòa tan hiện diện trong hạt cà phê Nghiên cứu tìm thấy sự gia tăng từ 39,4 mg / 100 mg chất khô hòa tan trong cà phê xanh Ďến 64,9 mg / 100 mg ở hạt cà phê rang thô Dầu cũng có thể chiết xuất từ cà phê rang Tuy nhiên trong khi rang, tích tụ một số hợp chất dễ bay hơi, chịu trách nhiệm về hương vị cà phê rang và mùi thơm [3, 21]

Hơn nữa, người ta Ďã quan sát thấy cà phê rang có hoạt tính kháng khuẩn

chống lại một số vi sinh vật, như Staphylococcus aureus và Streptococcus mutans và một vài chủng enterobacteria có thể là do hoạt Ďộng kháng khuẩn của một số

thành phần cà phê Ďặc trưng, chẳng hạn như axit caffeic, trigonelline, caffeine, axit

chlorogenic và axit protocatechuic, cũng như của melanoidins tạo ra trong suốt quá trình rang [22, 23]

2.1.3 Cà phê hòa tan

Cà phê Ďược tạo ra bằng cách sử dụng một số kỹ thuật, tất cả chúng về cơ bản liên quan Ďến Ďun sôi hạt cà phê rang trong nước và sau Ďó lọc Cà phê hòa tan có chứa rất nhiềuthành phần quan trọng Ďược biết Ďến như flavonoid (catechins và anthocyanins), axit caffeic và ferulic [24] Ngoài ra còn tìm thấy các hoạt chất sinh học khác trong cà phê là axit nicotinic, trigonelline, axit quinolinic, axit tannic, axit pyrogalic và caffeine [25] Cà phê hòa tan cũng Ďược biết Ďến với tính chất chống oxy hoá của các thành phần caffeine, CGA, hydroxycinnamic axit và melanoidins Melanoidins từ cà phê cho thấy hoạt Ďộng chống oxy hoá cao hơn hơn so với những chất phân lập từ các nguồn khác [26, 27]

Như Ďã Ďề cập ở trên, khả năng chống oxy hoá của cà phê có liên quan Ďến sự có mặt của hợp chất tự nhiên và các chất Ďược phát triển trong quá trình rang [28] Chất chống oxy hoá của nhóm axit hydroxycinnamic chẳng hạn như các dạng kết hợp hoặc liên hợp của caffeic, chlorogenic, coumaric, ferulic và sinapic axit, cũng Ďược tìm thấy trong thức uống cà phê [29]

Có bằng chứng tương phản về sự Ďóng góp của caffeine với khả năng chống oxy hóa của cà phê hòa tan Trong khi Brezova, Slebodova, và Stasko (2009)tìm thấy hoạt Ďộng chống oxy hóa cao của axit caffeic nhưng không phải của caffeine, những người khác chỉ ra rằng caffeine Ďóng góp vào các thuộc tính chống oxy hóa của cà phê hòa tan [28, 30]

Các phương pháp Ďược sử dụng cho việc pha cà phê có ảnh hưởng trực tiếp Ďến lượng diterpenes, liên quan trực tiếp Ďến tổng lượng lipid trong cà phê hòa tan [31] Trong khi Ďun sôi cà phê thì nồng Ďộ của dầu cà phê là cao nhất do thời gian tiếp xúc lâu giữa những hạt cà phê rang, nước và nhiệt Ďộ cao Diterpenes hầu như không hiện diện trong phần lọc chiết xuất từ cà phê, do phần lipid là không tan lẫn trong nước và nó sẽ có xu hướng nổi lên trên bề mặt, do Ďó chủ yếu Ďược lưu giữ trong các bộ lọc [ 32]

Về các hợp chất khác có trong cà phê hòa tan thấy rằng carbohydrate có các hoạt Ďộng sinh học khác nhau, chẳng hạn như làm giảm nguy cơ ung thư ruột kết, ngoài việc cải thiện tính chất của cà phê [12] Hơn nữa, một số hoạt tính sinh học amine, cũng có trong cà phê, có vẻ như là cần thiết cho sự phát triển và tăng trưởng bình thường, ức chế lipid peroxidation, ổn Ďịnh màng tế bào, bảo vệ Ďường tiêu hóa [33] Ngoài các chất phytochemicals có trong cà phê, có là bằng chứng cho thấy Ďồ uống này cũng có thể là một nguồn dinh dưỡng chất xơ, cà phê hòa tan có lượng chất xơ hòa tan cao hơn (0.47- 0,75 g/100 ml) [34]

2.2Bã hạt cà phê

2.2.1 Coffee Silverskin (CS)

Là phần cà phê thu Ďược như một phụ phẩm của quá trình rang Đó là một chất cặn với nồng Ďộ chất xơ hòa tan cao (86% tổng lượng chất xơ) và khả năng chống oxy hoá cao, có thể là do nồng Ďộ các hợp chất phenol trong hạt cà phê, như cũng như sự hiện diện của các hợp chất khác Ďược hình thành bởi phản ứng Maillard trong quá trình rang, chẳng hạn như melanoidins Dưới kính hiển vi cho thấy sự hiện diện của các mô sợi xơ từ các lớp bề mặt của CS Các thành phần chính của những mô sợi này là cellulose và hemicellulose Glucose, xylose, galactose, mannose, và arabinose là các monosaccharides có trong CS; glucose Ďược tìm thấy với số lượng lớn Protein và chất chiết cũng có sự hiện diện với số lượng Ďáng kể trong CS [4]

Hình 1.1: Hình ảnh bên ngoài và mức phóng đại 50 lần của CS (A,B) và

SCG(C,D) [4]

2.2.2 Spent Coffee Grounds (SCG)

Là một dư lượng hạt với kích thước hạt mịn, Ďộ ẩm cao (trong khoảng 80% Ďến 85%), lượng chất hữu cơ và Ďộ chua thu Ďược trong xử lý bột cà phê thô với nước nóng hoặc hơi nước do pha chế cà phê hòa tan Gần 50% sản lượng cà phê trên thế giới Ďược chế biến cho cà phê hòa tan Vì vậy SCG Ďược tạo ra với số lượng lớn với khoảng 6 triệu tấn/năm trên toàn thế giới Trong Ďó 1 tấn cà phê xanh tạo ra khoảng 650 kg SCG và khoảng 2 kg SCG ướt Ďược thu Ďược cho mỗi 1 kg cà phê hòa tan Ďược sản xuất [4]

2.2.3 Thành phần hóa học của bã hạt cà phê

SCG là một nguồn giàu các polysaccharide (gần50% trọng lượng) chủ yếu bao gồm mannans hoặc galactomannans Mannans là polysaccharide chính có Ďộ nhớt cao, do Ďó ảnh hưởng Ďến các quy trình công nghệ liên quan Ďếnsản xuất cà phê hòa tan SCG chứa 46,8% mannose, 30,4% galactose, 19% glucose, và 3,8% arabinose, với mannans như các polysaccharides chính [35] Simões và cộng sự, (2009) báo cáo sự có mặt của mannose (57%), theo sau là galactose (26%), glucose (11%), và arabinose (6%) [36]

Theo Simões, Nunes, Domingues, & Coimbra (2013) thành phần hóa học SCG chủ yếu là mannose (46%), galactose (27%), glucose (20%) và arabinose (7%) với galactomannans là chất chủ yếu polysaccharide chiếm khoảng 50% tổng lượng carbohydrate [37]

Sự khác biệt trong thành phần hóa học của SCG phản ánh sự Ďa dạng của hạt cà phê và các quá trình Ďược sử dụng trong rang và chiết xuất SCG chứa một lượng protein Ďáng kể Hàm lượng protein trung bình của SCG là 13,6% sau khi pha chế cà phê hòa tan [35] Hàm lượng protein trong SCG cao hơn trong hạt là do sự hiện diện của các chất có chứa nitơ khác (caffeine, trigonelline, amine tự do và axit amin) [38]

Tuy nhiên theo nghiên cứu của nhiều tác giả khác protein thay Ďổi từ 6.7% Ďến 9.9% và Ďến 14% [39, 40] Protein SCG có mức Ďộ tương Ďương hoặc cao hơn của các axit amin thiết yếu leucine, valine, phenylalanine, và isoleucine so với các sản phẩm thức ăn thông thường như bột Ďậu nành [41]

Bảng 2.2:Hàm lượng amino axit (% protein) và đặc điểm của protein cà phê và các

Các hợp chất nitơ (cácaxitamin, các peptide, alkaloids) góp phần Ďáng kể sự phát triển của hương vị cà phê và chất lượng trong quá trình rang Cấu trúc protein của cà phê thay Ďổi trong quá trình rang, các protein Ďều phân mảnh và polymer hóa, Ďược tích hợp vào melanoidins Các thành phần protein khác như peptide và các axit amin tự do chiếm tới 1,5% cà phê xanh, trong khi Ďó alkaloids (3-4%), trong Ďó trigonelline chiếm khoảng 1%, Ďược chuyển Ďổi trong quá trình rang [41]

SCG cũng chứa một hàm lượng tro nhất Ďịnh, theo phân tích nó Ďược Ďược tạo bởi một số khoáng chất Kali là nguyên tố dồi dào nhất, tiếp theo là phospho và magiê [35]

2.3Các hợp chất chính trong dịch trích từ cà phê

2.3.1 Các axit béo có trong dầu cà phê

Theo một số nghiên cứu sản lượng dầu của SCG có chứa hàm lượng lipid 15% [42] và Ďôi khi cao hơn trung bình 20% [43] (khoảng 19.9-27.8%) hoặc 13,9 - 29,2% [44] trên trọng lượng khô

10-Sản lượng dầu trích Ďược bằng dung môi hexane (dung môi không phân cực) là Ďáng kể so với hàm lượng dầu Ďược chiết xuất bằng dung môi phân cực (isopropanol, ethanol và acetone) [45] Sản lượng dầu thu Ďược với dung môi chiết hexane (15,28% trong thời gian trích là 30 phút)cao hơn so với nghiên cứu của Meenakshi Arya và Jagan Mohan Rao (2007) là 13,4%[44] nhưng thấp hơn nghiên cứu củaRicardo M Couto và cộng sự (2009) là 15,4%[46] Điều này có thể là do các phương pháp sản xuất cà phê khác nhau của cà phê hòa tan, qua quá trình Ďun sôi, lọc hay thấm, cũng như sự khác nhau của các loại cà phê dẫn Ďến hàm lượng khác nhau của các chất trong SCG

Bảng 2.3: Sản lượng dầu trích theo những dung môi khác nhau theo thời gian [45]

Dung môi trích ly

Phần trăm dầu trích đƣợc (g dầu/g nguyên liệu) Thời gian trích

Dung môi không phân cực

(>40%) và ngược lại những nhóm có axit palmitic cao (> 40%) và thấp linoleic (<40%) [1]

Bảng 2.4: Thành phần axit béo của SCG [1]

Các thành phần axit béo của dầu SCG khác nhau Ďáng kể theo phương pháp chiết khác nhau (áp suất, nhiệt Ďộ, nồng Ďộ dung môi, tỷ lệ khối lượng CO2) [47] Dầu SCG Ďã Ďược khai thác có hiệu quả (> 90% năng suất) bằng carbon dioxide siêu tới hạn (scCO: stigmasterol (21%), campestol (11%), cycloartenol (8%), và sterols còn lại là 5% hoặc ít hơn trong tổng số tỷ số sterol) Hàm lượng sterol của SCG phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc củacà phê với sitosterol, stigmasterol và campesterol là

References C12:0 C14:0 C16:0 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20:0 SFA PUF

A PUF

A/SFA

AI TI

Acevedo et al (2013) nd 0,05 32,45 8,35 9,00 45,04 4,12 nd 41,0 50,0 1,22 0,55 1,26

De Melo et al, (2014) nd nd 37,37 7,07 8,31 44,67 1,42 1,16 45,6 46,1 1,01 0,69 1,44

Cruz et al, (2014) nd 0,1 32,80 7,10 10,30 44,2 1,50 2,60 42,5 45,7 1,08 0,58 1,25

Jenkins et al, (2014) nd nd 35,40 6,70 6,70 22,0 nd 0,00 42,1 22,0 0,52 1,23 2,93

Jenkins et al, (2014) nd nd 41,40 13,5 24,00 49,90 1,40 1,50 56,4 51,3 0,91 0,55 1,49 Ahangari &

Sargolzaei(2013)

3,58 2,00 43,64 6,55 8,18 32,35 1,31 2,39 58,2 33,7 0,58 1,32 2,15

Todaka et al, (2013)(Hex

)Drip

nd 0,4 0,50 0,30 12,90 56,90 8,50 9,80 21,7 65,4 3,01 0,03 0,01

Todaka et al, (2013)(Hex

)Esp

nd 0,3 1,00 28,0 0,60 24,90 5,50 37,8 69,0 30,4 0,44 0,07 0,33

Supercritical Fluid Extraction (SFE)

Acevedo et al, (2013) nd nd 35,78 6,25 nd 46,53 2,02 nd 42,2 49,1 1,16 0,62 1,32

De Melo et al, (2014) nd nd 37,48 6,02 9,53 44,52 0,99 1,46 45,0 45,5 1,01 0,68 1,45 Ahangari &

Sargolzaei(2013)

nd nd 34,04 5,45 5,45 25,83 nd 1,89 41,4 25,8 0,62 1,09 2,52

Couto et al, (2009) nd Nd 35,86 5,26 7,56 35,35 nd 1,53 42,7 9,9 0,24 0,84 1,92 Ahangari &

Sargolzaei(2013)

11,7 4,36 36,86 11,3 15,87 44,15 2,16 6,91 71,1 46,3 0,65 1,06 1,43

Couto et al, (2009) 7,4 2,42 41,87 10,4 15,79 41,19 1,88 4,29 66,4 46,7 0,91 1,00 1,91

sterol lớn nhất Ba sterol này chiếm 88 - 92% tổng sterol trong SCG Các nồng Ďộ sterol nhỏ, Δ5-avenasterol cũng thay Ďổi theo mức Ďộ cà phê rang Ďạt tới 9% tổng sterol [1]

Nghiên cứu của Ricardo M Couto và các cộng sự [48] Ďã nghiên cứu trích ly bã cà phê Ďược thực hiện với carbon dioxide siêu tới hạn ở Ďiều kiện áp suất và nhiệt Ďộ khác nhau Các axit béo chính hiện diện trong tất cả các mẫu làaxit linoleic (C18: 2) vàaxitpalmitic (C16: 0), tiếp theo là axitoleic (C18: 1) và axitstearic (C18: 0).Axit khác hiện diện với hàm lượng thấp trong các chất chiết xuất là axitlauric (C12: 0), axitmyristic (C14: 0), axitlinolenic (C18: 3) và axitarachidic (C20: 0)

Bảng 2.5:Thành phần axitbéo của dầu cà phê trích bằng CO2 siêu tới hạn [48]

MPa K C12:0 C14:0 C16:0 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20:0 20 313 - - 36,93 8,78 15,79 35,35 - 3,15 30 313 2,92 1,06 41,87 5,26 7,56 37,92 1,88 1,53 20 323 - 0,15 35,86 7,54 11,17 41,19 0,85 2,66 25 323 7,41 2,42 37,08 6,20 8,13 35,22 - 3,54 30 323 - - 36,04 10,40 13,85 35,42 - 4,29 30 328 3,85 1,64 38,03 6,10 7,87 38,64 1,76 2,10

2.3.2 Hợp chất Phenolic

Gần Ďây sự quan tâm Ďến sản phẩm tự nhiên có nguồn gốc thực vật Ďã phát triển, chủ yếu là các chất chống oxy hoá tổng hợp Các hợp chất phenolic là yếu tố chính quyết Ďịnh tiềm năng chống oxy hoá trong thực vật Dầu SCG có chứa một số hợp chất liên quan Ďến sức khoẻ con người, chẳng hạn như chất phenolic với chất chống oxy hoá Ďã Ďược chứng minh, chống vi khuẩn, kháng virut, chống viêm và hoạt Ďộng chống ung thư Các hợp chất Phenolic từ dầu SCG Ďã Ďược chiết xuất bằng hỗn hợp dung môi isopropanol và nước [49, 50]

2.3.2.1 Axit Chlorogenic (CGA)

Chlorogenic (CGA) là thành phần phenolic chính Trên thực tế, các hợp chất phenolic chủ yếu Ďược tìm thấy trong cà phê CGA lên Ďến 12% chất rắn [51]

Các CGA này là este hòa tan Ďược hình thành giữa axit quinic và một

axitCaffeoylquinic (CQA) là hợp chất phenolic phong phú nhất trong cà phê CQA, 4-CQA, 5-CQA) và axitdicaffeoylquinic (3,4-diCQA, 3,5-diCQA, 4,5-diCQA) Các hợp chất phenol chống oxy hóa từ SCG Ďã Ďược chiết xuất bằng phương pháp thông thường chất rắn-lỏng Ví dụ, chiết xuất với 60% methanol (40 ml/g SCG tỷ lệ dung môi/rắn, 90 phút) tạo ra một chiết xuất phenolic cao (16 mg

(3-axit gallic tương Ďương (GAE)/g SCG) với hoạt tính chống oxy hoá cao (FRAP 0,10 mM Fe (II)/g) Các chiết xuất (20 μg / mL) thể hiện chất chống oxy hoá trong ống nghiệm cao hoạt Ďộng ức chế 90% các gốc tự do DPPH, hỗ trợ sự ổn Ďịnh sinh học của chúng [1] Điều này nhóm nghiên cứu sau Ďó phát hiện ra rằng các hợp chất phenolic tổng hợp của SCG có tương quan mạnh với hoạt Ďộng thu hồi DPPH của chúng, và do Ďó chủ yếu chịu trách nhiệm về chất chống oxy hoá Số lượng cao của CGA và chất có liên quan cũng như caffein Ďược phát hiện cho thấy tiềm năng cao của SCG, chất thải Ďược sử dụng rộng rãi trên thế giới, như là một nguồn phenolic chất chống oxy hóa tự nhiên [52]

2.3.2.2 Caffeine

Caffeine, 1,3,7-trimethyl-xanthine, một alkaloid purine là hợp chất phổ biến Ďược ghi nhận trong các sản phẩm cà phê và nguyên liệu cà phê Alkaloid này Ďược loại bỏ khỏi hạt cà phê theo quy trình khử caffein thường Ďược sử dụng trong công nghiệp Mặc dù hàm lượng caffeine trong chất thải cà phê thấp hơn so với cà phê nhân, lượng caffein vẫn còn Có thể chiết xuất caffein cao hơn từ vỏ cà phê hoặc bột cà phê so với SCG [53] Nồng Ďộ caffeine dao Ďộng từ 0,734 Ďến 41,3 μg /mg của các chiết xuất từ cà phê Ďã pha chế, thu Ďược bằng cách chiết suất áp suất thấp (Siêu âm và Soxhlet) và chất lỏng siêu tới hạn CO2 (SFE) thay Ďổi năng suất từ 9 xuống 15% [54]

Bảng 2.6: Hàm lượng caffeine trong SCG và cà phê rang [54]

Extraction Solvent/Condition (µg/mg

extract)

Yield (%)

Content (%) Reference

Ultrasound Hexane 0.734 9 0.007 Andrade et al.,

(2012) Dichloromethane 38.2 9.9 0.378

Ar)

(Arabica-H2O(92 ± 5°C/6 h) 25 ± 2 0.5 Ramalakshmi,

Rao, Takano Ishikawa, & Goto, (2009) SCG

Rb)

(Robusta-H2O(92 ± 5°C/6 h) 10 ± 3 0.2

Roasted Coffee (Ar)

Roasted Coffee

Các nồng Ďộ caffein khác nhau (0.007 - 0,5%) Ďã Ďược báo cáo tùy thuộc vào quá trình chiết xuất và nguồn SCG Hàm lượng caffein trong cà phê Arabica dao Ďộng từ 0,9% Ďến 1,6%, Robusta (1,4%-2,9%), pha trộn (60 Ả Rập /40 Robusta) (1,7%) Sự hiện diện caffeine như một nguyên tố nitơ Ďóng vai trò xúc tác quan trọng trong quá trình oxy hóa hydrogen sulphide trong than hoạt tính từ SCG Nó cũng Ďóng góp Ďáng kể trong việc làm giảm sự căng bề mặt trong dầu, quan trọng trong việc xác Ďịnh các Ďặc tính làm mềm của dược phẩm và hoặc các sản phẩm mỹ phẩm [57]

2.4 Các nghiên cứu về dịch trích từ cà phê

Nghiên cứu hợp chất Cafestol và kahweol có trong cà phê, hai diterpenes này với hoạt Ďộng chống ung thư(C Cavina và các cộng sự, 2002) [58]

Nghiên cứu thành phần của cà phê và những ảnh hưởng của các chất có trong cà phê Ďến sức khỏe con người (Jane và các cộng sự, 2006) [59]

Nghiên cứu trích ly bã cà phê Ďược thực hiện với carbon dioxide siêu tới hạn ở Ďiều kiện áp suất và nhiệt Ďộ khác nhau Ďể nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quá trình trên tỷ lệ và thành phần dầu trích Ďược(Ricardo M Couto và các cộng sự, 2009) [46]

Phân tích các Ďặc Ďiểm, thành phần hóa họcvà khả năng áp dụng các dư lượng chính ngành cà phê(Solange I Mussatto và các cộng sự , 2011) [4]

J.A Vignoli và các cộng sự, 2011 [60]Ďã phân tích sự ảnh hưởng của Ďiều kiện chế biến nguyên liệu Ďến hoạt Ďộng chống oxi hóa, polyphenol, cafein và melanoidin trong cà phê hòa tan

Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi chiết xuất khác nhau (phân cực và không phân cực) Ďến năng suất, chất hóa học và tính chất vật lý Ďến hàm lượng axit béo tự do (FFA), giá trị xà phòng hóa (SV), mật Ďộ, Ďộ nhớt, thành phần nguyên tố của dầu chiết xuất từ bã cà phê (Zayed Al-Hamamre và các cộng sự, 2012) [45]

Nghiên cứu sử dụng bã cà phê sau khi khai thác cà phê bột cà phê và cà phê hòa tan, Ďể sản xuất ethanol sinh học Các thành phần carbohydrate củabã cà phê (SCG) Ďược phân tích cho Ďường lên men như glucose, galactosevà mannose và nó có thể Ďược lên men bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae(In Seong Choivà các cộng sự, 2012) [61]

Nghiên cứu xác Ďịnh thành phần hợp chất phenolic và khả năng chống oxy hóa và chất béo có trong bã cà phê (F Acevedo và các cộng sự, 2013) [62]

Nghiên cứu thành phần hóa học của bã cà phê tạo ra trong một ngành công nghiệp cà phê hòa tan Các Ďặc tính hóa học bao gồm phân tích nguyên tố, thành phần khoáng chất và hàm lượng tro, thành phần tổng kết; nhóm axit chức năng, tổng số polyphenol, xác Ďịnh tannin (D Pujola và cộng sự, 2013) [63]

Nghiên cứu SCG Ďã Ďược Ďặc trưng bởi hàm lượng phenolic của nó bởi chất chuẩn Folin-Ciocalteu và chất chống oxy hóa bởi chất chuẩn DPPH Hàm lượng Flavonoid cũng Ďã Ďược xác Ďịnh bởi một khảo nghiệm so màu Tổng hàm lượng phenolic liên quan chặt chẽ với DPPH, các hợp chất phenolic chủ yếu chịu trách nhiệm cho các hoạt Ďộng chống oxy hóa của SCG (Alessia Panusa và các cộng sự, 2013) [64]

Nghiên cứu thành phần Phenolic, hàm lượng Caffeine và khả năng chống oxy hóa của Coffee Silverskin (Letizia Bresciani và các cộng sự, 2013) [65]

Bảng 2.7: Hàm lượng tổng phenolic, tổng flavonoid, DPPH thu được [64]

Nguyên liệu

Dung môi trích ly (ethanol/nước,

%v/v)

Tổng Phenolic (mg

GAE/g nguyên liệu)

Tổng flavonoid (mg QE/g nguyên liệu)

EC50(%v/v)

SCG – b1 0 : 100 19,62 ± 0,02 3,24 ± 0,43 2,33 ± 0,30

60 : 40 28,26 ± 0,49 5,63 ± 0,60 1,47 ± 0,07 SCG – b2 0 : 100 17,43 ± 0,21 3,31 ± 0,11 2,47 ± 0,14

60 : 40 23,90 ± 0,22 8,03 ± 0,54 1,71 ± 0,07 SCG – c1 0 : 100 7,43 ± 0,15 2,11 ± 0,09 5,52 ± 0,32

60 : 40 12,58 ± 0,21 5,21 ± 0,35 3,37 ± 0,12 SCG – c2 0 : 100 6,33 ± 0,36 2,24 ± 0,15 6,74 ± 0,36

60 : 40 11,83 ± 0,29 5,01 ± 0,34 3.67 ± 0.13 Nghiên cứu bã cà phê là một trong những tài nguyên sinh học phong phú nhất trên thế giới sử dụng như một nguồn năng lượng xanh: dầu diesel sinh học, ethanol sinh học, dầu sinh học và nhiên liệu (Francisco J Gómez-de la Cruz và các cộng sự, 2015) [66]

2.5 Ứng dụng của dầu cà phê

2.5.1 Ứng dụng trong dược phẩm

Với thành phần chủ yếu là các axit béo no và không no có hiệu quả tốt Ďối với người có bệnh về tim mạch, giảm lượng cholesterol xấu trong cơ thể [62], dầu cà phê Ďược sử dụng nhiều trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm

Nghiên cứu dịch trích cho thấy rằng diterpenes (cafestol và kahweol) xác Ďịnh trong giai Ďoạn xà phòng hóa lipid của bã cà phê Các hợp chất này thúc Ďẩy cholesterol cao ở người Trong thực tế, cafestol Ďã Ďược chứng minh là có Ďặc tính chống viêm và cùng với kahweol có thể sở hữu các Ďặc tính chống ung thư [63, 64]

Các kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng tiêu thụ cà phê có thể giúp ngăn ngừa một số bệnh mãn tính, bao gồmbệnh tiểu Ďường, bệnh Parkinson và bệnh gan (xơ gan và ung thư biểu mô tế bào gan)[65]

Bã cà phê Ďược sử dụng như một nguồn Ďể sản xuất dầu diesel sinh học [66] [67] và làm nguyên liệu phân bón [68, 69]

Nhiều tác giả khác Ďã có nhiều nghiên cứu về tính chất kháng oxy hóa và hoạt tính cung cấp gốc tự do của dịch chiết từ bã hạt cà phê [70]

Tính chất kháng oxy hóa chủ yếu Ďược xây dựng dựa vào thành phần phenolic trong dịch chiết Với thành phần là các hợp chất phenolic, những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, chiết xuất từ cà phê có nhiều ứng dụng Ďối với sức khỏe con người, nhiều nghiên cứu gần Ďây Ďã chỉ ra hoạt tính sinh học của nó như: hoạt tính kháng oxy hóa và ngăn ngừa phóng xạ [71], ngăn ngừa bệnh Ďục thủy tinh thể, cải thiện lại hàm lượng insulin[72] và ngăn ngừa, phòng chống tăng lượng Ďường huyết [73, 74], cải thiện chứng máu nhiễm mỡ, kháng viêm [75] Axit caffeic và axit chlorogenic trong cà phê là thành phần kháng oxy hóa quan trọng gây sức ảnh hưởng việc chống ung thư [76]

2.5.2 Ứng dụng trong mỹ phẩm

Dầu từ SCG có chứa hàm lượng cao các axit linoleic, axitpalmitic cótính chất làm mềm tuyệt vời, là một thành phần thiết yếu cho các tổ chức bảo vệ và tồn tại của các tế bào da, giúp tăng cường hệ thống tuần hoàn, làm chậm quá trình lão hóa,

bảo vệ da khỏi ánh nắng mặt trời do tính chất hấp thụ cực tím của axit béo chính, axit linoleic, làm dừng lại sự hình thành hội chứng sạm da, ngăn ngừa sự hình thành vết nhăn và những chức năng khác, là một ứng dụng quan trọng trong các sản phẩm mỹ phẩm [77]

Liệu pháp trị mụn tự nhiên: axit linoleic sẽ gián tiếp giúp làn da khỏe mạnh hơn Ďây là một biện pháp phòng ngừa và kháng viêm tận gốc, thích hợp cho da mụn, chàm thể tạng hay chàm dị ứng

Làm ẩm da: Ďược sử dụng như một loại kem dưỡng ẩm tuyệt vời mà sẽ không làm tắc nghẽn lỗ chân lông làm cho làn da mềm mịn mà không gây nhờn cho da, duy trì Ďộ ẩm tự nhiên của da [78]

Chất tẩy trang tự nhiên cao cấp: khả năng làm se lỗ chân lông dịu nhẹ và không gây nhờn nó sẽ làm sạch và se khít các nang lông, giúp làn da mịn màng hơn

2.5.3 Ứng dụng làm xà bông của dầu chiết từ bã cà phê

Sản phẩm xà bôngcủa dầu chiết từ bã hạt cà phê có nguồn gốc tự nhiên với Ďặc tính kháng viêm và chống oxy hóa có trong cà phê giúp tẩy tế bào chết, bụi bẩn trong lỗ chân lông, nuôi dưỡng và làm da sáng dần một cách dịu nhẹ, Ďồng thời dưỡng da rất tốt, Ďây là cách làm trắng da toàn thân tự nhiên rất hiệu quả Sự kết hợp tuyệt vời giữa dầu chiết từ bã hạt cà phê và thành phần dầu dừa trong xà bông nền với tính năng nuôi dưỡng và bảo vệ làn da tạo nên sản phẩm xà bông cà phê dầu dừa mang lại kết quả tuyệt vời cho việc chăm sóc làn da Không chỉ giúp làn da trắng mịn màng mà còn loại bỏ Ďốm nám, tàn nhang So với xà bông dầu dừa chỉ thích hợp với da khô, xà bông từ chiết xuất bã hạt cà phê thích hợp với mọi loại da Thành phần axit nicotinic (còn Ďược gọi là vitamin B3 hoặc vitamin PP) Ďược tạo thành trong quá trình rang hạt cà phê giúp phòng ngừa bệnh nứt da, chữa viêm da Thành phần caffeine có tác dụng kích thích mạch máu, loại bỏ những vùng da sần do tích mỡ, làm mờ và xóa bỏ vết rạn da làm săn da, ức chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư da, giảm quầng thâm ở mắt, , Ďiều mà xà bông dầu dừa Ďơn thuần không có Ďược Hương thơm tự nhiên cà phê tuy không có hương nồng nàn như hương liệu tổng hợp nhưng tạo cảm giác tỉnh táo, dễ chịu, thư giãn, khử mùi Ngoài

tắm ra xà bông có thể dùng Ďể rửa mặt cũng làm tăng hiệu quả làm sạch da rõ rệt [79]

Đặc biệt khi kết hợp bã cà phê vào sản phẩm xà bông trên sẽ tạo ra một sản phẩm xà bông ngoài những tính năng ưu việt Ďã nêu còn thêm khả năng massage toàn thân lúc tắm tạo cảm giác thoải mái, dễ chịu với những hạt cà phê mịn lẫn trong bánh xà phòng giúp nhẹ nhàng dọn sạch lớp tế bào chết chai sần trên da một cách nhẹ nhàng mà không gây trầy xước, hỗn hợp này sẽ giúp làn da trắng lên trong thấy, giảm thiểu khả năng bắt nắng [79]

2.6.1.2 Ưu, nhược điểm Ưu điểm:

Hệ thống thiết bị Ďơn giản, dễ sử dụng, có thể áp dụng cho nhiều chất khác nhau

Nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với dung môi nên việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt Ďộ lên quá trình trích ly Ďược thực hiện dễ dàng hơn.Dịch trích ít lẫn tạp chất, thích hợp cho quá trình trích ly thử nghiệm

Siêu âm là âm thanh có tần số nằm ngoài ngưỡng nghe của con người (16 18kHz) Về mặt thực hành, siêu âm Ďược chia làm hai vùng:

Vùng có tần số cao (5-10 MHz), ứng dụng trong y học Ďể chuẩn Ďoán bệnh Vùng có tần số thấp hơn (20-100 kHz), ứng dụng trong các ngành như (kích hoạt phản ứng hóa học, hàn chất dẻo, tẩy rửa, cắt gọt,…) dựa trên khả năng cung cấp năng lượng của siêu âm

Siêu âm cung cấp năng lượng thông qua hiện tượng tạo và vỡ bọt.Trong môi trường chất lỏng, bọt có thể hình thành trong nữa chu kì Ďầu và vỡ trong nữa chu kì sau, giải phóng một năng lượng rất lớn Năng lượng này có thể sử dụng tẩy rửa chất bẩn ngay trong những vị trí không thể tẩy rữa bằng phương pháp thông thường, khoan cắt những chi tiết tinh vi, hoạt hóa nhiều loại phản ứng hóa học, làm chảy và hòa tan lẫn vào nhau trong việc chế tạo những sản phẩm bằng nhựa nhiệt dẻo

Các thiết bị siêu âm hiện nay chủ yếu bao gồm hai dạng:bồn siêu âm (40 kHz) và thanh siêu âm (20kHz).Hiện nay trong phòng thí nghiệm thường sử dụng bồn siêu âm Ďể trích ly hợp chất nguyên liệu Bồn siêu âm làm bằng inox, bên dưới Ďáy bồn có gắn những bộ phận phát ra siêu âm Một số bồn có trang bị thêm bộ phận gia nhiệt nhưng không cho phép tăng nhiệt Ďộ lên cao Hiện nay bồn siêu âm Ďược chế tạo với nhiều kích thước lớn nhỏ khác nhau Ďể phù hợp với vật chứa bên trong

Mẫu nguyên liệu Ďược trộn với dung môi theo tỉ lệ nhất Ďịnh sau Ďó cho vào bồn siêu âm Bình chứa nguyên liệu cần Ďổ ngập dung môi với mức dung môi thấp hơn hoặc ngang bằng với lớp nước bên ngoài Sau khi cài Ďặt nhiệt Ďộ và thời gian siêu âm, cho bồn siêu âm hoạt Ďộng Dưới tác Ďộng của sóng siêu âm, các bọt nước sẽ Ďược Ďánh va chạm với nguyên liệu dẫn Ďến hòa tan các dịch trích có trong mẫu Luân phiên thay dung môi mới vào sau khi thời gian siêu âm kết thúc, thực hiện cho Ďến khi dung môi trong dịch trích không còn màu thì kết thúc

2.6.2.2 Ưu, nhược điểm Ưu điểm

Năng lượng Ďược phân bố Ďồng Ďều dẫn Ďến hiệu suất trích cao Thuận tiện thao tác và thiết bị dễ sử dụng

Thời gian trích ly ngắn

Quá trình tiếp tục diễn ra Ďến khi kết thúc Muốn biết quá trình trích ly Ďã cạn kiệt hay chưa, ta tháo phần ống sinh hàn, dùng pipet lấy vài giọt dung dịch trong bình chứa mẫu, nhỏ lên mặt kính hoặc giấy lọc Nếu sau khi dung môi bay hơi hết và không Ďể lại vết gì thì quá trình trích ly Ďã kết thúc Nếu còn thấy vết thì phải Ďể trích ly thêm một thời gian nữa

2.6.3.2 Ưu, nhược điểm Ưu điểm

Hệ thống trích ly Ďơn giản, dễ sử dụng Quá trình trích lý diễn ra tự Ďộng, liên tục Lượng dung môi sử dụng ít nhưng vẫn có thể trích kiệt hợp chất mong muốn Chiết Ďược triệt Ďể các chất cần quan tâm trong nguyên liệu vì nguyên liệu luôn Ďược ngấm và Ďược chiết liên tục trong dung môi chiết

2.6.4 Trích ly có hỗ trợ vi sóng

2.6.4.1 Nguyên tắc

Vi sóng (MAE) là sóng Ďiện trường có tần số nằm trong khoảng 0.3 – 300 GHz nằm giữa sóng tia X và hồng ngoại trong phổ Ďiện từ Trong nền khoa học hiện Ďại vi sóng Ďược sử dụng trong hai mục Ďích chính: truyền thông và vector năng lượng Nguyên tắc của sự gia nhiệt sử dụng vi sóng dựa trên sự tương tác của nguyên liệu phân cực và dung môi Khi hoạt Ďộng thì vi sóng tạo ra hai loại sóng dao Ďộng vuông góc nhau là Ďiện trường và từ trường Vi sóng làm nóng các phân tử theo cơ chế kép của các ion dẫn Ďiện và quá trình quay lưỡng cực Đối với các phân tử lưỡng cực thì chúng sẽ có tính Ďịnh hướng trong chiều của Ďiện trường Dưới tác Ďộng của Ďiện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều Ďiện trường này.Nếu Ďiện trường là dòng Ďiện xoay chiều thì sự Ďịnh hướng của các phân tử Ďó sẽ thay Ďổi theo chiều xoay ấy Điện trường xoay chiều này có tần số rất cao và nó sẽ gây ra một dao Ďộng ma sát vô cùng lớn với các phân tử lưỡng cực, làm cho các phân tử Ďó nóng lên và từ Ďó làm nóng vật liệu Ďặt trong vùng có vi sóng

Những cơ sở lý thuyết Ďã nêu ở trên chứng tỏ rằng chỉ có những vật dẫn Ďiện hoặc các dung môi lưỡng cực thì mới Ďược làm nóng lên bằng vi sóng Các phân tử nước có tính phân cực lớn nên nước là một chất rất dễ Ďung nóng bằng vi sóng Ngoài ra còn có các nhóm chức phân cực như: -OH, -COOH, -NH2,… trong các hợp chất hữu cơ cũng thích hợp cho việc tách chiết bằng vi sóng

Hình 2.1: Phổ điện từ

Nguyên liệu khô Ďược sử dụng Ďể trích ly trong hầu hết các trường hợp, lượng ẩm trong nguyên liệu là nguyên nhân gây ra sự gia nhiệt cho toàn hệ Lượng ẩm khi gia nhiệt bên trong tế bào thực vật chịu sự tác Ďộng của vi sóng sinh ra trên thành tế bào làm cho tế bào trương lên và vỡ, dung môi cũng nhờ Ďó mà thẩm thấu vào và hòa tan các chất cần phân tích

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Bản chất của dung môi

Chọn Ďúng dung môi là yếu tố cơ bản Ďể nhận Ďược quy trình trích ly tối ưu Dung môi Ďược chọn bắt buộc phải dựa vào khả năng hòa tan chất phân tích, tương tác giữa dung môi và nền mẫu, khả năng hấp thu năng lượng vi sóng của dung môi Dung môi nên có Ďộ chọn lọc cao Ďối với chất phân tích và thấp Ďối với các tạp chất không mong muốn có trong nền mẫu MAE có thể dùng dung môi giống với dung môi trích ly thông thường

Thời gian trích ly

Thời gian là một thông số khác cần Ďược khảo sát trong kỹ thuật MAE Nhìn chung, bằng cách tăng thời gian trích ly, lượng chất phân tích trích Ďược tăng mặc dù nguy cơ về sự phân hủy chất cũng tăng theo Thông thường thời gian trích ly khoảng 5 - 20 phút là vừa Ďủ, nhưng Ďôi khi thời gian cũng có thể ngắn hơn, khoảng vài giây